В СО РАН улучшили стратегию впрыска топлива в роторно-поршневых двигателях
Численные и экспериментальные исследования процессов смесеобразования и сжигания топливно-воздушной смеси для разработки отечественных роторно-поршневых двигателей различного назначения провели ученые Томского научного центра (ТНЦ) СО РАН в содружестве с коллегами из Пекинского технологического университета, 4 октября сообщает пресс-служба ТНЦ СО РАН.
Результаты исследования ученые представили в статье «Эффект двойного прямого впрыска синтез-газа в роторном двигателе», опубликованной в журнале первого квартиля Fuel.
Старший научный сотрудник лаборатории физической активации ТНЦ СО РАН Сергей Замбалов рассказал о цели проведенного исследования:
«Сейчас одной из актуальных задач является создание отечественных передовых роторно-поршневых двигателей разного назначения, преимуществами которых являются простота конструкции, компактные размеры, меньшая масса, низкий уровень шума и вибраций».
В своем проекте ученые выбрали топливом роторно-поршневого двигателя синтез-газ, основные составляющие которого — это водород и монооксид углерода. Также к ним часто добавляют некоторое количество углекислого газа. Синтез-газ является переходным звеном к водородной энергетике.
Исследователи пояснили: существуют два основных способа инжекторной подачи топлива: внешний и внутренний. Топливо при внешнем способе, поступая во впускной коллектор, смешивается с воздухом, после чего подается в камеру сгорания. При внутреннем впрыске топливо в определенном количестве поступает в камеру с минимальной задержкой.
Предметом исследования ученых стала новая концепция двойного впрыска топлива, которая объединяет преимущества обоих способов. В этом методе одна часть топлива подается во впускной коллектор на такте впуска, а другая поступает непосредственно в камеру сгорания на такте сжатия.
При использовании такого метода в роторно-поршневых двигателях необходима оптимизация количества топлива, подаваемого на тактах впуска/сжатия.
Ученые ТНЦ СО РАН провели численное моделирование процессов смесеобразования, воспламенения и горения смеси для синтез-газа, состоящего из равных частей водорода и монооксида углерода. Результаты показали, что оптимальной при использовании двойного впрыска топлива в этом случае будет подача основной части топлива (75-90%) во впускной коллектор.
При такой стратегии эффективность преобразования топлива увеличивается до 5–7%, а его потребление сокращается на 4–6% по сравнению с использованием одного из видов впрыска.
«Расчетные данные получили экспериментальное подтверждение со стороны китайских коллег. Группа ученых под руководством профессора Чангвэй Джи из Пекинского технологического университета является одной из самых авторитетных в мире в области исследований технологических аспектов перспективных двигателей и сжигания различных видов топлива», — отметил Сергей Замбалов.
Сотрудничество ТНЦ СО РАН с китайскими коллегами началось чуть более года назад, и сейчас международный коллектив планирует реализацию совместных проектов.
Разработки ученых ТНЦ СО РАН будут востребованы для создания отечественных роторно-поршневых компактных двигателей мощностью до 20 лошадиных сил, которыми можно оснащать малые БПЛА, садовую технику, использовать в качестве лодочных моторов, а также в генераторах электричества.
